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1 选题目的及意义新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。随着人们生活水平的不断提高，人们对蔬菜的需求越来越高，尤其是对于反季节的蔬菜更是热衷，所以大棚蔬菜的培育就显得尤为重要。本系统是一个基于光敏电阻的大棚蔬菜光照的控制，采用光敏电阻采集光照强度信息，可以自动检测光照的强弱并显示，让人们知道此时光照的强弱。
通过对这个课题的研究，可以加强对传感器的学习和认识，正确运用所学的光敏传感器理论知识，将理论与实际相结合，传感器在我们的生活中得到越来越广泛的应用，注定影响一个时代，只要存在计算机的地方就会有它的存在，学好传感器对今后的学习与工作有很多益处。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 2 电路工作原理分析及设计
2.1 总体设计大棚蔬菜培养者可以设定光照强度的范围，一旦超出此范围该系统可以发出警报通知或直接采取措施使光照强度在此范围内，还可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为四部分:即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分和报警部分。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件,它可以完成从光强到电阻值的信号转换,再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用发光二极管来显示,不同的光强对应于不同的发光二极管点亮,就能简单的显示出不同的光强了。最后加上用蜂鸣器为主体的报警部分，可以防止光照强度过大或者过小，保证蔬菜的快速生长。系统的基本框图如图2-1所示：
图2-1 系统框图 2.2组成单元电路分析1. 设计时须对整个系统进行全面综合考虑。以完成课题功能要求为前提，尽量使电路简单清晰。首先应将系统分为四个模块，其中测量显示电路重点设计分析如下:
(1)电源部分:为了驱动比较器，电源电压设置为5V
(2)分压电路:为了便于分压比较，另一分压电阻均设为相同值
(3)比较电路:为了符合正常逻辑思维，应该设定光照越强，亮的发光管越多。所以才将光敏电阻分压端接入比较器负比较端。光最强时，电阻最小，分压最少，比较器负输入端都小于正输入端，比较器输出都为正，三个发光管都亮。 (4)显示电路:为了驱动发光管，应设置上拉电阻，为了保护发光管,应设置限流电阻。
(5)报警电路:应设置当光照过强时，使蜂鸣器响。仅当光照很强时，光敏电阻阻值才小于R3，蜂鸣器才响。其他状态，蜂鸣器都不响。
2. 电路主要器件如下： （1） 无源1206分体5.5欧蜂鸣器 （2） LM339比较器
表2-1 比较器LM339主要参数表 LM339的输出部分是集电极开路,发射极接地的NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供或OR ing功能输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受Vcc端电压值的限制此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升.输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm的γSAT限制。当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。 （3） 发光二极管LED （4） 发光三极管BJT 其主要参数如表2-2所示： 表2-2 BJT主要参数表 | 电压(Voltage): 30V; | | | | | 结构(Craf): NPN硅外延平面高频小功率开关晶体管; | 频率类型(Frequency): fT(MHz) ≥250; | 特点(Feature):该产品采用外延平面工艺结构，工作频率高、金属封装、体积小、重量轻、安装方便; | 放大倍数(Enlargement factor): 35-300; | 使用范围(Using):产品可用于高频震荡、高频小信号放大、小功率电源调整电路。 |
3 电路原理图设计 (1)光照强度的信号采集部分
采用光敏电阻作为信号采集器件。光敏电阻是基于光电导效应的一种光电器件，无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流(暗电流)很小;当受到光照时，半导体材料电导率增加，电阻减小。其阻值随光照增强而减小。光敏电阻作为光电式传感器的一种，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽;体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐震动、抗过载能力强和寿命长等特点。所以选择光敏电阻采集光照信号，并把不同的光照强度转化为不同的电阻值。把光敏电阻串联在直流电路中即可把不同的电阻值转化为不同的电压值，电路如原理图所示。于是，就把对光照信号的处理转化为对电压信号V的处理。
(2)信号处理部分
采用集成电压比较器LM339N作为信号处理的核心元件，电路连接如原理图所示。光强、适宜、黑暗三种光照状态转换为三个电压值V1, V2，V3作为比较器的输入电压;两个比较器设置两个参考电压Vrefl, Vref2。 工作过程分析如下:光照较强时V1> Vrefl>Vref2,两个比较器的输出电压分别为(5V, 0V); 光照适宜时Vrefl>V2> Vref2两个比较器的输出电压分别为(-5V,0V);光照黑暗时V3< Vref2 < Vrefl两个比较器的输出电压分别为(-5V, 5V)。 这样就完成了从模拟信号到数字信号的转换，显示部分就变得容易了。
(3)光强显示部分
采用发光二极管显示不同的光强状态。由于比较器的驱动能力有限，所以在输出端加一个上拉电阻提高其驱动能力。电路连接如原理图所示，分析如下:当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为(5V, 0V), LED1点亮;光照适宜时，两个比较器的输出电压分别为(-5V, 0), LED2被点亮;光照黑暗时， 两个比较器的输出电压分别为(-5V， 5V), LED2、LED3被点亮。这样三种状态就显示出来。
(4)光强报警部分
采用有源蜂鸣器作为报警器件。电路连接如原理图所示，用两个NPN型BJT三极管的导通来控制报警电路的导通，三极管的导通又受发光二极管导通与否的控制，发光二极管的导通受光照的控制。所以光强就可以控制报警器了，设计方案采用了当光照较强或较暗时报警。工作过程分析如下:当光照较强时，两个比较器的输出电压分别为(5V, 0V)，LED1亮，三极管BJT1被导通，报警电路被导通，蜂鸣器报警;光照适宜时，两个比较器的输出电压分别为(-5V, 0),LED2被点亮，三极管BJT1截止，报警电路也截止;光照黑暗时，两个比较器的输出电压分别为(-5V, 5V), LED2、LED3被点亮，BJT2被导通，报警电路也被导通，蜂鸣器报警。 原理图如图3-1所示： 图3-1 原理图 4 原理图仿真
4.1给出仿真步骤及仿真图1. 信号采集：光敏电阻处于被测环境感光，会有一个感光阻值，这样就把被测光信号转化为电信号。 2. 信号测量：为了知道光敏电阻的阻值在所分的哪档之间，需要进行测量比较。分压电路和比较电路就是完成此功能。光敏电阻和基准电阻分别分压接入比较器两端(实际上是被测信号与基准信号比较)。由于另一分压电阻相同，电阻大的分压就多。比较结果反映在比较器的输出端。采用了三个比较电路比较，就可以确定光敏电阻在四档的哪一档。 3. 信号表达：通过比较器出来的是电压信号，为了使人能直接感知，接上发光二级管。高电压即点亮发光二级管。
图4-1 原理图仿真 4.2 仿真结果运行仿真图得到结果图如图4-2所示： 图4-2 仿真结果图 光照大小不同，则二极管亮的个数不同。利用此电路可有效控制大棚蔬菜的生长，保证蔬菜以最快最安全的速度茁壮成长。
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